Doświadczalne oznaczenie ciężaru cząsteczkowego może być wykonane kilkoma różnymi metodami. Szczegółowy opis wszystkich tych metod znaleźć można w podręcznikach do ćwiczeń praktycznych z fizyki lub chemii fizycznej. Tu omówionych będzie tylko parę metod najważniejszych.

– 1. Metoda Regnaulta polega na bezpośrednim ważeniu badanego gazu pod znanym ciśnieniem i w znanej temperaturze w balonach, których objętość została wycechowana przez wypełnienie cieczą o znanej gęstości d (najczęściej wodą lub rtęcią). Najpierw waży się balon wypełniony gazem (pt), następnie usuwa się gaz możliwie dokładnie i waży balon powtórnie (p2). Wreszcie przez zanurzenie wylotu balonu w wodzie i otwarcie kranu napełnia się go wodą i znów waży (P3)...

Produkty przemian jądrowych nie zawsze są trwałymi rodzajami atomów, lecz same mogą ulegać dalszemu rozpadowi samorzutnemu. Pierwszy taki przypadek zaobserwowali Irena Joliot-Curie 1 F. Joliot w 1934 r. Poddając glin bombardowaniu cząstkami a, wysyłanymi przez polon, badacze ci stwierdzili, że wysyła on promieniowanie neutronowe oraz promienie analogiczne do promieni fł, lecz różniące się znakiem ładunku. Występujące w tym promieniowaniu cząstki, które można by określić jako „elektrony dodatnie”, zostały nazwane pozytonami. Odkrył je nieco wcześniej Anderson (1932), który zarazem stwierdził, że są one bardzo krótkotrwałe i natychmiast prawie ulegają zobojętnieniu przez elektrony, przy czym masa obu cząstek, zgodnie z zasadą równoważności masy i energii, zamienia się na energię w postaci promieniowania y.

Jak już wspomniano (§ 6), tlen stanowi blisko połowę dostępnej człowiekowi materii. W stanie wolnym znajduje się on w powietrzu atmosferycznym, które w dolnych swych warstwach składa się mniej więcej w V5 (dokładniej w 20,8% na objętość lub w 23% na wagę) z gazowego tlenu. Woda, która w postaci oceanów i mórz pokrywa większą część powierzchni kuli ziemskiej, zawiera około -/fl tlenu. Wreszcie i stała skorupa ziemska w olbrzymiej swej większości zbudowana jest ze związków tlenu z innymi pierwiastkami, głównie z krzemem, glinem i żelazem.

Dla wytworzenia promieni X konieczne jest zastosowanie w rurce próżniowej pewnego minimalnego napięcia, na ogół tym wyższego, im większa jest częstotliwość drgań. Podczas stopniowego zwiększania napięcia prążki widma danego pierwiastka nie pojawiają się pojedynczo, lecz po przekroczeniu napięcia minimalnego występuje od razu cała seria. Spośród wymienionych trzech serii, najniższego napięcia wymaga wywołanie serii M, wyższego — serii L, najwyższego — serii K.

Odwzorowaniem geometrycznym kryształu, z którego dadzą się logicznie wyprowadzić zarówno jego charakter anizotropowy, jak i prawa . rządzące jego formą zewnętrzną, tzn, prawo stałości kątów dwuścien- 4 nych i prawo parametrów racjonalnych — jest sieć przestrzenna, czyli zbiór punktów rozmieszczonych w przestrzeni w sposób prawidłowy (rys. 68). Zbiór taki można otrzymać w sposób następujący:

Tlen w zwykłej temperaturze jest gazem bez barwy, smaku i zapachu, nieco cięższym od powietrza. Z gęstości wypada dla tlenu ciężar cząsteczkowy 32, odpowiada mu więc wzór 02. Oziębiony poniżej 119°C i poddany wysokiemu ciśnieniu ulega skropleniu na ciecz bar- wy niebieskiej, nieco cięższą od wody, a w 219cC zestala się w jasnoniebieską masę krystaliczną. Rozpuszczalność tlenu w wodzie jest niewielka, dzięki czemu można go zbierać nad wodą. Litr wody w 0°C rozpuszcza 49,1 cm3, a w 20°C — 31 cm3 gazu. Ta niewielka rozpuszczalność ma jednak duże znaczenie dla rozwoju życia organicznego w wodzie. Zwierzęta wodne zużywają bowiem do oddychania wyłącznie tlen rozpuszczony w wodzie, nie mają zaś zdolności wyzyskiwania tlenu chemicznie związanego.

Fajans usiłuje ominąć te trudności za pomocą swej kwantykułowej teorii wiązań chemicznych. Zgodnie z tą teorią istotę wiązań wewnątrzcząsteczkowych stanowią siły elektrostatyczne pomiędzy elektronami a jądrami lub też elektrododatnimi „zrębami” atomów. Zrąb utworzony jest przez jądro, którego ładunek dodatni osłonięty jest częściowo przez całkowicie wypełnione powłoki elektronowe. Np. zrąb atomu sodu składa się z jądra i 10 elektronów wypełniających całkowicie poziomy 112: [Na+J — [Nau+, 1-,2S1, Elektrony w cząsteczce mogą być rozdzielone na grupy, tzw. kwantykuły, związane bezpośrednio bądź z pojedynczymi zrębami (według terminologii Fajansa „skwantowane względem pojedynczych zrębów”), bądź też z dwoma lub większą liczbą zrębów równocześnie. Przypadek pierwszy odpowiada wiązaniu jonowemu. Występują tu dwojakiego rodzaju kwantykuły, związane bądź z kationem, bądź z anionem: Al B—. Z przypadkiem drugim w skrajnej postaci mamy do czynienia, gdy łączą się ze sobą atomy tego samego pierwiastka, np. w cząsteczce wodoru. Grupa dwu elektronów (e—)2 związana jest równocześnie z dwoma protonami: H+(e—)2H+, tworzy więc jedną kwantykułę, „skwantowaną” względem dwu jąder. Ten przypadek byłby więc odpowiednikiem wiązania ko- walentnego. Nie znaczy to jednak, że każdy z atomów H wchodzących w skład cząsteczki posiada całkowicie zaprłniony pierwszy poziom energetyczny, jak w atomie helu: raczej układ elektronów cząsteczki Ha jako całości może być porównywany z układem atomu He.

W myśl wywodów przytoczonych w §§ 73 i 74, struktura głębszych poziomów elektronowych różnych pierwiastków tym się tylko różni, ' że są one tym silniej wiązane przez jądro, im większy jest jego ładunek. W miarę wzrostu liczby atomowej pierwiastka rośnie też wartość energii potrzebnej do podniesienia tych elektronów na wyższy poziom energetyczny lub też do zupełnego wydalenia ich z atomu. Taki pogląd na budowę powłok elektronowych atomów pozwala wyjaśnić pewną prawidłowość, dotyczącą promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez dany pierwiastek. Odwrotnie, prawidłowość ta może służyć za dowód podobieństwa budowy wewnętrznych warstw elektronowych w atomach różnych pierwiastków.

Pewna część rozpuszczonej soli uległa więc pod wpływem wody rozpadowi na wolny kwas i .wolną zasadę. Jest to reakcja odwrotna do reakcji zobojętniania. Nosi ona nazwę hydrolizy. Ulegają jej sole mocnych zasad i słabych kwasów, słabych zasad i mocnych kwasów oraz sole słabych zasad i słabych kwasów. Natomiast sole powstałe z zobojętnienia mocnych kwasów mocnymi zasadami hydrolizie nie ulegają, gdyż oba rodzaje jonów powstających z dysocjacji tych soli mogą istnieć w znacznych stężeniach obok jonów H+ i OH-, nie łącząc się z nimi na cząsteczki niezdysocjowane.

Pierwsze pomiary ciśnienia osmotycznego zawdzięczamy P f e f f e- rowi (1877). Oznaczył on ciśnienie osmotyczne wodnych roztworów cukru trzcinowego, posługując się naszkicowaną przed chwilą metodą. Naczynie o ściankach półprzepuszczalnych sporządził Pfeffer w ten sposób, że do naczynia z gliny porowatej wlał 3%-owy roztwór żelazocy- janku potasowego, K1[Fe(CN)|i3 i zanurzył je na kilka dni w 3°/o-owym roztworze siarczanu miedziowego, CuSO/,. Oba roztwory, przenikając do porów naczynia, spotykają się we wnętrzu ścianek i osadzają tam nierozpuszczalny żelazocyjanek miedziowy, Cuj[Fe(CN)6], w postaci brunatnej błony, przenikliwej dla wody, lecz nie przepuszczającej cukru.

Elektronowa teoria wiązań chemicznych Kosseia i Lewisa-Langmuira, w myśl której atomy dążą do uformowania na najwyższym poziomie energetycznym trwałego oktetu bądź przez wymianę elektronów, bądź przez tworzenie dubletów należących równocześnie do powłok obu łączących się atomów, nie jest wolna od usterek i sprzeczności. Według F a j a n s a takie wspólne dublety nie mogą stanowić całkowitego uzupełnienia oktetowych powłok dwóch atomów równocześnie. Rygorystyczne stosowanie zasad teorii dubletowo-oktelowej prowadzi często do wzorów strukturowych, których symetria jest niezgodna z doświadczalnie stwierdzoną symetrią cząsteczek. Tak np. dla dwutlenku siarki wynika z teorii. oktetowej wzór strukturowy w myśl którego oba atomy tlenu połączone z atomem siarki w różny sposób, podczas gdy w rzeczywistości oba wiązania S—O są zupełnie równocenne. Fakt ten usiłuje się uwzględnić, stosując dla przedstawienia budowy cząsteczki dwa (w niektórych przypadkach trzy lub nawet więcej) wzory równorzędne. Związki tego typu określa się jako mezomeryczne (por. §§ 148, 184, 223 i in.). Znane są też liczne przypadki odstępstwa od reguły oktetu, jak np. w sześciofluorku siarki, SF6 lub w związkach kompleksowych o liczbie koordynacji 6 lub 8. Dalszą trudność nasuwa wyjaśnienie budowy cząsteczek mających nieparzystą liczbę ogólną elektronów walencyjnych. Spotyka się wreszcie, nieliczne coprawda, przypadki, kiedy ogólna liczba elektronów w cząsteczce nie wystarcza do utworzenia dostatecznej liczby wiązań dubletowych, jak np. w borowodorach (§ 270).

Rozdział mieszaniny na składniki daje się zwykle przeprowadzić za pomocą operacji fizycznych i przy tym bez wielkiego trudu. Dotyczy to zwłaszcza mieszanin niejednolitych. Stosowane w konkretnych przypadkach metody zależą każdorazowo od własności rozdzielanej mieszaniny, w szczególności od stanu skupienia tworzących ją faz. Tak np. ciecz można oddzielić od zawieszonych w niej cząstek fazy stałej przez sączenie (rys. 1), przez odwirowanie lub też przez dekantację, tj. osadzanie cząstek fazy stałej na dnie naczynia pod wpływem siły ciężkości i następnie odlanie klarownej cieczy znad powstałego osadu.

Nie jest też wykluczone, przynajmniej w niektórych przypadkach,, że ładunek cząstek koloidowych powstał przez odszczepienie od nich pewnej liczby jonów. Taka cząstka może być uważana za olbrzymi jon, obok którego w roztworze znajdują się jony o przeciwnym znaku w takiej liczbie, że ładunek całego zolu równa się zeru.

Wszelkie przemiany chemiczne odbywają się na podłożu materialnym. Zespół ciał materialnych myślowo odosobniony od otaczającego je środowiska określa się jako układ materialny. Zależnie od własności fizycznych dzieli się układy na jednolite i niejednolite. Układ jest jednolity, jeśli każda dostępna badaniu część jego ma te same własności co i inne części. Przykładami układów jednolitych mogą być: woda, powietrze (w niezbyt grubych warstwach), szkło, kryształ kwarcu. Układy nie wykazujące tej cechy nazywa się niejednolitymi (mieszanina wody z lodem, mleko, granit). W układzie niejednolitym można zazwyczaj wyodrębnić części same w sobie jednolite, odgraniczone od pozostałych wyraźnie zaznaczonymi powierzchniami rozdziału. Takie jednolite części układu niejednolitego nazywane są fazami. Zamiast o układzie jednolitym można mówić o układzie jednofazowym, zamiast o niejednolitym — o wielofazowym.